JP3969703B2 - 受信信号処理装置および距離測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水深を測定する測深機や、トランスポンダを利用した測位システム等に用いられる受信信号処理装置に関する。
【０００２】
図１８は超音波を利用して水深を測定する測深機の原理を説明する図である。船底に設けられた送受波器（図示省略）より（Ａ）の超音波送信信号を水中に発射してから、水底で反射して帰って来るエコーによる（Ｂ）の受信信号を受信するまでの時間Ｔを、（Ｃ）のタイミングパルスを計数することにより求め、この時間Ｔと水中の音速Ｃとに基づいて、次式により水深Ｄを算出することができる。
Ｄ＝Ｃ・Ｔ／２
また、水中に３箇所設けたトランスポンダに対して船から超音波信号を送信し、各トランスポンダから受信した応答信号に基づいて、自船と各トランスポンダとの距離を測定し、その結果から自船の位置を算出する測位システムにおいても、距離測定にあたって上記と同様の原理を用いて演算を行うことができる。
【０００３】
ところで、受信信号には、水底で反射して帰って来る本来のエコー信号や、トランスポンダからの本来の応答信号以外に、様々なノイズ信号も含まれているため、送受波器が受信した信号の中から水底エコーやトランスポンダの応答に基づく正規の受信信号を検出する処理が必要となる。このために、従来から図１４に示したような回路が用いられている。図１４において、２０１は送受波器、２０２は増幅部、２０３はフィルタ、２０４はログアンプ（対数増幅器）、２０５はＡ／Ｄ変換器、２０６はデジタルコンパレータである。なお、図１４では送受波器２０１に送信信号を与える送信部は図示を省略してある。
【０００４】
図１４の回路では、送受波器２０１が受信した信号を増幅部２０２で増幅してフィルタ２０３を通した後、ログアンプ２０４へ入力して受信信号のエンベロープ信号を生成し、Ａ／Ｄ変換器２０５でエンベロープ信号のレベルに応じたデジタル値に変換する。そして、このデジタル値をデジタルコンパレータ２０６において所定の基準値（閾値）と比較して基準値を超えておれば、受信した信号を正規の信号と判定するようにしている。
【０００５】
しかしながら、この方式では、ノイズであっても信号のレベルが基準値を超えておれば正規の信号と判定してしまうため、誤検出の生じる割合が高くなり、信頼性に欠けるという問題がある。そこで、受信信号に対して相関処理を行い、レベルだけでなく位相も比較することによって検出精度を向上させる方式が提案されている。図１５はこのような相関処理方式による回路を示している。図１５において、３０１は送受波器、３０２は増幅部、３０３はフィルタ、３０４はＡ／Ｄ変換器、３０５は相関器である。ここでも、送受波器３０１に送信信号を与える送信部は図示を省略してある。
【０００６】
図１５の回路では、送受波器３０１が受信した信号を、増幅部３０２で増幅してフィルタ３０３を通した後、Ａ／Ｄ変換器３０４でデジタル信号に変換し、このデジタル信号に対して相関器３０５で基準信号との比較による相関処理を行い、相関出力が最大となる場合に、受信した信号を正規の信号と判定するようにしている。相関器３０５は、マッチドフィルタ（Matched Filter）から構成され、内部に保有している基準信号（チャープ信号等）の波形と一致する（もしくは最も近似した）波形の信号を検出する機能を有している。なお、送信部あるいはトランスポンダ（いずれも図示省略）からは、上記の基準信号と一致した波形の信号が送信される。
【０００７】
図１６および図１７は、相関処理の原理を示した図である。図１６（Ａ）は正規の受信信号に対応した基準信号、（Ｂ）はフィルタ３０３から出力された受信信号である。基準信号は、相関器３０５の内部メモリにあらかじめ記憶されており、時間とともに周波数が高くなるチャープ信号からなる。相関処理においては、受信信号と基準信号の位相を少しづつずらせながら、各時点での受信信号のレベルと、基準信号のレベルとの積和を演算する。図１６はある時点での積和演算の様子を示しており、所定のサンプリング間隔で受信信号のレベル値（Ａ／Ｄ変換器３０４の出力値）と基準信号のレベル値との乗算を行い、その積Ｘ１，Ｘ２，…Ｘｎをサンプリング区間にわたって加算する。そして、この加算値Ｘ１＋Ｘ２＋…＋Ｘｎの値を相関出力とする。（Ｃ）はこの相関出力を示しており、Ｑ１はこの時点での相関出力値である。
【０００８】
図１７は、一定時間経過後の別の時点における積和演算の様子を示しており、位相をずらせた結果、受信信号の波形が基準信号の波形と一致した状態を示している。この場合も、所定のサンプリング間隔で受信信号のレベル値と基準信号のレベル値との乗算を行い、その積Ｙ１，Ｙ２，…Ｙｎをサンプリング区間にわたって加算する。そして、この加算値Ｙ１＋Ｙ２＋…＋Ｙｎの値を相関出力とする。（Ｃ）はこの相関出力を示しており、Ｑ２はこの時点での相関出力値である。
【０００９】
図１７では、受信信号が基準信号と一致しているため、積Ｙ１，Ｙ２，…Ｙｎの加算値、すなわち相関出力値Ｑ２は、先の相関出力値Ｑ１よりも大きくなって最大値となる（その後は、受信信号と基準信号の位相が再びずれてゆくため、相関出力値は減少する）。そこで、この相関出力の最大値Ｑ２が一定の基準レベルを越えているか否かを判別し、超えておれば、この受信信号を正規の受信信号として検出することができる。こうして、相関処理によれば、積和演算によって信号のレベルの情報だけでなく位相の情報も取り込んで信号の検出を行うため、レベルが大きくても位相が一致しないノイズは排除され、レベルだけに基づいて信号検出を行う場合に比べて、信号の検出精度を高めることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した相関処理方式では、受信信号をそのまま相関処理しており、受信信号および基準信号のレベル値としてアナログ値を用いているため、積和演算を行うにあたって、取り扱うデータ量が非常に多くなり、演算処理に要する時間が長くなるともに、システムが複雑化する。このため、相関処理にはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを用いねばならず、そのためのソフトウエアの開発も必要となって、コストが高くつくという問題がある。また、レベル値をそのまま用いて積和演算を行うことから、信号のレベルがわずかに変化しただけでも、相関出力には大きな変化となって現れるため、信号検出を行うための基準レベルの設定が非常に難しくなり、その結果として信号検出のダイナミックレンジが狭くなるという不具合が生じる。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その目的とするところは、相関処理における処理時間を短縮してシステムを簡略化するとともに、信号検出のダイナミックレンジを広く取れる受信信号処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る受信信号処理装置は、水中へ発射された超音波に応答して得られるアナログ受信信号を処理する受信信号処理装置であって、受信信号に基づいて当該信号の位相情報を表す矩形波のデジタル信号を生成する位相情報生成手段と、受信信号に基づいて当該信号のレベル情報を表すレベル信号を生成するレベル情報生成手段と、位相情報生成手段で生成された矩形波のデジタル信号に対して、矩形波の基準信号との比較による相関処理を行う相関処理部と、レベル情報生成手段で生成されたレベル信号の移動平均を算出し、この結果得られた移動平均信号と相関処理部から出力される相関出力信号とを加算する加算手段とを備える。そして、この加算手段の出力に基づいて正規の受信信号を検出する。
【００１３】
本発明では、受信信号に対してそのまま相関処理を行うのではなく、受信信号から矩形波のデジタル信号を生成し、このデジタル信号に対して矩形波の基準信号を用いて相関処理を行う。この場合、矩形波のデジタル信号はレベル情報を有しないが、位相情報は保持している。一方、矩形波の基準信号もレベル情報は有しておらず、位相情報のみを有している。そこで、これらのデジタル信号と基準信号とにより、位相情報のみに基づく相関処理を行う。この場合、デジタル信号と基準信号はいずれも「Ｈ」「Ｌ」の２値をとるだけであるから、演算処理が非常に簡単になる。
【００１４】
しかし、位相情報だけで相関処理を行ったのではレベル情報が反映されず、基準信号とたまたま位相情報が合致したノイズ信号を正規の信号として誤検出するおそれがある。そこで、本発明では、相関処理の結果得られた相関出力信号にレベル信号の移動平均信号を加算することによって、受信信号のレベル情報を反映させる。こうすれば、信号レベルの低いノイズについては、たとえ位相情報が合致していたとしても誤検出が生じることはなく、また、信号レベルの高いノイズについては、基準信号と位相情報が合致しないため正規の信号とはみなされず、やはり誤検出が生じることはない。すなわち、本発明では、信号レベルが高く、かつ基準信号と位相情報が合致した信号のみを正規の受信信号として検出することができる。
【００１５】
本発明では、上記のような位相情報とレベル情報を生成する手段として、ログアンプ（対数増幅器）を用いることが推奨される。本発明で用いるログアンプは、受信信号のエンベロープを検出してエンベロープ信号を生成する機能と、受信信号を飽和させてリミット信号を生成する機能とを備えている。そして、エンベロープ信号は受信信号のレベル情報を表しており、リミット信号は受信信号の位相情報を表している。したがって、１つのログアンプによって、レベル情報と位相情報を同時に得ることができる。
【００１６】
本発明では、相関処理によって得られた相関出力信号を正規化して移動平均信号と加算した後、加算された信号のエンベロープを抽出して、当該エンベロープ信号が所定の基準レベルを超えているか否かを判定することで、正規の受信信号を検出することができる。この場合、相関処理において２値信号により位相情報の比較を行うので、受信信号のレベルが変化しても、相関出力はほとんど変化しない。このため、相関出力信号の正規化が容易となり、これにともなって基準レベルの設定も容易となるため、信号検出のダイナミックレンジを広く取ることが可能となる。
【００１７】
本発明の受信信号処理装置の典型的な適用例としては、船舶等に搭載されて水底までの距離を測定する測深機や、測位システムにおける自船とトランスポンダとの距離を測定する測距装置などが挙げられる。これらの距離測定装置は、水中へ超音波を発射する送受波器と、この送受波器に送信信号を与えるとともに、送受波器で受信された受信信号を信号処理する送受信部と、この送受信部で受信された受信信号に基づいて距離の演算を行う演算処理部とを備えていて、送受信部が本発明に係る受信信号処理装置を有している。そして、演算処理部は、受信信号処理装置で相関出力信号に基づき正規の受信信号が検出されたことに応答して、距離の演算を行う。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示したブロック図である。図において、１は水中へ超音波を発射するとともに、超音波に応答して得られる水底からのエコー信号やトランスポンダからの応答信号受信する送受波器である。なお、図１では受信部のみを示してあり、送信部は図示を省略してある。２〜１１は受信信号処理装置を構成するブロックであって、２は受信した信号を増幅する増幅部、３は増幅した受信信号から所定の周波数の信号を取り出すためのフィルタ、４はフィルタ３を通過した受信信号のエンベロープを検出してレベル信号を生成するとともに、受信信号を飽和させてリミット信号を生成するログアンプである。
【００１９】
６はログアンプ４から出力されるリミット信号に対して波形整形を行う波形整形部、８は波形整形部６から出力されたデジタル信号に対して相関処理を行う相関処理部、１１はログアンプ４から出力されるレベル信号と相関処理部８から出力される相関出力信号とに対して後述の加算処理を行う加算処理部である。相関処理部８はマッチドフィルタ（ Matched Filter ）から構成され、内部に保有している基準信号の波形と一致する（もしくは最も近似した）波形の信号を検出する機能を有している。
【００２０】
９は加算処理部１１から出力される信号のエンベロープを取り出すローパスフィルタ、１０はこの取り出されたエンベロープ信号に対して基準レベルとの比較を行い、その結果に基づいて受信信号を検出する信号検出部である。上記構成において、ログアンプ４は本発明におけるレベル情報生成手段および位相情報生成手段に相当し、加算処理部１１は本発明における加算手段に相当する。
【００２１】
図３および図４は、図１の装置における各部の信号波形を示した図である。これらの波形はシミュレーションによるものであるが、実験結果では、ここに示した波形と殆ど同じ波形が得られることが確認された。以下、図３および図４の波形図を参照しながら、図１の装置の動作を説明する。送受波器１から水中へ発射された超音波は、水底で反射し（測深機の場合）、あるいはトランスポンダで受信されて（測位システムの場合）、水底からのエコー信号やトランスポンダからの応答信号が送受波器１で受信される。この受信信号は増幅部２において増幅され、フィルタ３において所定周波数の信号が取り出される。図３のａはフィルタ３から取り出された受信信号を示している。この受信信号ａは、図５の拡大波形ａに示すような正弦波信号からなる。
【００２２】
受信信号ａはログアンプ４に入力される。ログアンプ４では、受信信号ａのエンベロープを検出して図３のｂのようなレベル信号を生成するとともに、受信信号ａを飽和させてｃのようなリミット信号を生成する。このリミット信号ｃは、図５の拡大波形ｃに示すように、ほぼ矩形波のデジタル信号となる。レベル信号ｂは加算処理部１１に入力され、リミット信号ｃは波形整形部６に入力される。
【００２３】
波形整形部６においては、リミット信号ｃに対して波形のなまりをなくすために波形整形を行い、図３のｄに示すデジタル信号を出力する。このデジタル信号ｄは、図５の拡大波形ｄに示すように、受信信号ａと同期した矩形波信号であって、受信信号ａの位相情報を持った信号である。なお、波形整形部６は必須ではなく、リミット信号ｃの波形なまりが無視できる程度であれば、波形整形部６を省略することもできる。
【００２４】
上記デジタル信号ｄは相関処理部８へ入力される。相関処理部８においては、上記デジタル信号ｄに対して、図３のｅに示す基準信号を用いて相関処理を行う。この基準信号ｅは、図５の拡大波形ｅに示すような矩形波のデジタル信号である。
【００２５】
図６は、相関処理部８における相関処理の原理を示した図である。図６（Ａ）は相関処理部８の内部メモリにあらかじめ設定されている基準信号ｅ、（Ｂ）は波形整形部６から出力されるデジタル信号ｄである。基準信号ｅは、エコーによる正規の受信信号に対応した位相情報を有する基準信号である。相関処理においては、デジタル信号ｄと基準信号ｅの位相を少しづつずらせながら、各時点でのデジタル信号ｄと基準信号ｅとの一致度合いを演算する。図６はある時点での演算の様子を示しており、所定のサンプリング間隔でデジタル信号ｄのデジタル値（ＨまたはＬ）と、基準信号ｅのデジタル値（ＨまたはＬ）との比較を行い、デジタル値が一致している場合は「１」を割当て、デジタル値が一致していない場合は「０」を割当てる。そして、サンプリング区間にわたって「１」の数を合計し、この合計値を相関出力とする。（Ｃ）はこの相関出力を示しており、Ｐ１はこの時点での相関出力値である。
【００２６】
図７は、一定時間経過後の別の時点における演算の様子を示しており、デジタル信号ｄと基準信号ｅの位相をずらせた結果、デジタル信号ｄの波形が基準信号ｅの波形と一致した状態を示している。この場合も、デジタル信号ｄのデジタル値（ＨまたはＬ）と、基準信号ｅのデジタル値（ＨまたはＬ）との比較を行い、デジタル値が一致している場合は「１」を割当て、デジタル値が一致していない場合は「０」を割当てる。そして、サンプリング区間にわたって「１」の数を合計し、この合計値を相関出力とする。（Ｃ）はこの相関出力を示しており、Ｐ２はこの時点での相関出力値である。
【００２７】
図７では、デジタル信号ｄが基準信号ｅと位相的に一致しているため、デジタル値を比較した結果はすべて「１」となり、相関出力値Ｐ２は、先の相関出力値Ｐ１よりも大きくなって最大値となる。その後は、デジタル信号ｄと基準信号ｅの位相が再びずれてゆくため相関出力値は減少し、最終的には図８のような相関出力信号が得られる。この相関出力信号に対して、一定の基準レベルＬａを設定し、最大値Ｐ２が基準レベルＬａを越えるか否かを判別することで、正規の受信信号を検出することができる。
【００２８】
図９は、相関処理部８における演算回路の具体的構成を示した図である。図において、２１は入力バッファを構成するシフトレジスタであって、このシフトレジスタ２１には、相関処理部８に入力されるデジタル信号ｄをサンプリングして得られるビット１，０，１，１，…０，…が順次格納される。図９はある時点での格納状態を示しており、シフトレジスタ２１には上から順に「１」「０」「１」「１」…「０」が格納されている。２２は基準信号ｅをサンプリングして得られるビットが格納されたレジスタであって、このレジスタ２２には上から順に「１」「１」「０」「１」…「１」が格納されている。２３は各レジスタ２１，２２に格納されたビットの一致を検出する一致検出回路であって、レジスタ２１，２２の対応するビットが一致すれば「１」を、一致しなければ「０」を出力する。２４は加算回路であって、一致検出回路２３から出力された「１」の数の合計値を演算し、その結果を相関出力として出力する。
【００２９】
図１０は、一定時間経過後の別の時点におけるビット格納状態を示しており、シフトレジスタ２１には上から順に「１」「１」「０」「１」…「１」が格納されており、レジスタ２２には上から順に「１」「１」「０」「１」…「１」が格納されている。すなわち、図１０はデジタル信号ｄと基準信号ｅとが位相的に一致した状態を示している。この場合は、一致検出回路２３の出力はすべて「１」となり、加算回路２４の出力（相関出力）は最大となる。
【００３０】
相関処理を行った結果、図４のｗに示すような相関出力信号が得られ、更にその絶対値化処理を行うことで、相関処理部８からはｘに示すような相関出力信号が出力される。この相関出力信号ｘは、加算処理部１１に入力される。加算処理部１１は、図２に示すように、移動平均算出部１１１と加算器１１２とを備えている。移動平均算出部１１１にはログアンプ４からのレベル信号ｂが入力され、このレベル信号ｂの移動平均が算出される。この結果、移動平均算出部１１１からは図３のｖに示すような移動平均信号が出力される。そして、この移動平均信号ｖと相関処理部８からの相関出力信号ｘとを加算器１１２で加算すると、加算器１１２から図４のｙに示す加算信号が出力される。
【００３１】
上記加算信号ｙは、ローパスフィルタ９に入力される。ローパスフィルタ９では、加算信号ｙのエンベロープが検出され、図４のｚに示すようなエンベロープ信号が得られる。このエンベロープ信号ｚは、信号検出部１０へ入力される。信号検出部１０では、一定の基準レベル（閾値）があらかじめ設定されており、エンベロープ信号ｚのレベルがこの基準レベルを超えているか否かを判定する。そして、エンベロープ信号ｚのレベルが基準レベルを超えておれば、このときの受信信号ａを正規の受信信号として検出し、検出信号を図示しない演算処理部へ送出する。一方、エンベロープ信号ｚのレベルが基準レベルを超えてなければ、受信信号ａは正規の受信信号ではないと判断し、演算処理部へ検出信号は送出しない。
【００３２】
このように、本実施形態においては、受信信号から矩形波のデジタル信号を生成し、このデジタル信号と矩形波の基準信号とを用いて位相情報のみに基づく相関処理を行っているので、各信号の２値を比較して「１」の数を合計するだけで簡単に信号の一致度合いを算出することができる。したがって、従来のように受信信号と基準信号のレベル値を乗算して積和演算を行う必要がなく、演算処理が非常に簡単になる。
【００３３】
また、単に位相情報だけで相関処理するのではなく、相関処理を行った後に受信信号のレベルに応じた信号を加算し、この加算結果に基づいて受信信号を検出しているので、信号レベルの低いノイズは、たとえ基準信号と位相情報が合致していても相関処理の後に排除される。また、信号レベルの高いノイズは基準信号と位相情報が合致しないため、相関処理の段階で排除される。この結果、信号レベルが高く、かつ基準信号と位相情報が合致した正規の信号のみを正確に検出することができ、誤検出のない信頼性の高い装置が得られる。
【００３４】
さらに、２値信号により位相情報の比較を行うことで、受信信号のレベルが変化しても相関出力はほとんど変化しないため、相関出力信号の正規化ないし基準レベルの設定が容易となり、信号検出のダイナミックレンジを広く取ることができる。
【００３５】
図１１は、図１の装置の動作をフローチャートで表したものである。受信信号ａがログアンプ４に入力されると（ステップＳ２１）、ログアンプ４はレベル信号ｂとリミット信号ｃとを生成してこれらを出力する（ステップＳ２２）。レベル信号ｂは加算処理部１１に入力され、移動平均算出部１１１（図２）においてレベル信号ｂの移動平均が算出される（ステップＳ２３）。一方、リミット信号ｃを波形整形した矩形波のデジタル信号ｄが相関処理部８へ入力され、前述した要領で相関処理が行われる（ステップＳ２４）。そして、算出された相関出力値は正規化されるとともに絶対値化され（ステップＳ２５）、加算処理部１１において、相関出力信号ｘと移動平均信号ｖとが加算される（ステップＳ２６）。次に、ローパスフィルタ９によって、加算信号ｙからエンベロープ信号ｚが抽出される（ステップＳ２７）。
【００３６】
その後、信号検出部１０においてエンベロープ信号ｚと基準レベルとの比較が行われ（ステップＳ２８）、エンベロープ信号ｚのレベルが基準レベルを超えておれば（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、信号検出部１０から検出信号として「１」が出力され（ステップＳ２９）、基準レベルを超えてなければ（ステップＳ２８：ＮＯ）、検出信号として「０」が出力される（ステップＳ３０）。これらの検出結果は、「１」「０」のフラグとして信号検出部１０の内部レジスタにセットされる。検出結果「１」は受信信号が正規の受信信号であることを表し、検出結果「０」は受信信号が正規の受信信号でないことを表している。
【００３７】
次に、このフラグを判定して（ステップＳ３１）、フラグが「１」であれば（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、エンベロープ信号ｚを微分処理し（ステップＳ３２）、微分値がゼロとなる点、すなわちエンベロープ信号ｚの極大点を検出する（ステップＳ３３）。このようにするのは、エンベロープ信号ｚは図１２に示すようにある程度の幅を有しているので、相関出力が最大となる点を確実に検出するためである。そして、この極大点が検出された時点で、受信信号が正規の受信信号であることが確定するから、信号検出部１０は、距離の演算を指令する信号を後段の演算処理部へ出力する（ステップＳ３４）。演算処理部ではこの指令を受け、受信信号に基づいて距離の演算を行う。
【００３８】
ところで、エンベロープ信号ｚが出力されるのは、受信信号ａの相関処理が終了してからであり、図１２に示したように、受信信号ａの受信時点とエンベロープ信号ｚの出力時点との間にはτの時間差がある。このため、送信信号が送信されてからエンベロープ信号ｚの極大点が検出される（すなわち距離演算指令が出力される）までの時間によって距離を計算したのでは、演算結果に誤差が生じる。そこで、距離の演算にあたっては、上記の時間差τを補正したうえで演算処理が行われる。
【００３９】
ステップＳ３１においてフラグが「０」であれば（ステップＳ３１：ＮＯ）、受信信号は正規の受信信号ではないので、ステップＳ３２〜Ｓ３４は実行せず、距離演算は行われない。最後に、処理を継続するか否かを判別して（ステップＳ３５）、処理を継続する場合は（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、ステップＳ２１へ戻って上述した処理を繰り返す。また、処理を継続しない場合は（ステップＳ３５：ＮＯ）、終了する。
【００４０】
図１３は、本発明に係る距離測定装置のブロック図を表している。１は船底に設けられて水中へ超音波を発射する送受波器、１０１は送受波器１に送信信号を与えるとともに、送受波器１で受信された受信信号を信号処理する送受信部、１０２は送受信部１０１で受信された受信信号に基づいて距離の演算を行う演算処理部、１０３は演算処理部１０２での演算結果に基づいて水深等の情報を表示する表示部、１０４は各種の設定等を行う操作部である。
【００４１】
上記距離測定装置は、送受波器１より超音波を発射してから、水底で反射して帰って来るエコーや、トランスポンダからの応答信号を受信するまでの時間を測定して、図１８で説明した原理に基づき演算処理部１０２で距離の演算を行い、水深値等を表示部１０３に表示するものである。送受信部１０１は図１で示した受信信号処理装置を備えており、演算処理部１０２は、送受信部１０１の受信信号処理装置から出力される前述の距離演算指令を受けて、距離の演算を行う。
【００４２】
以上述べた実施形態においては、位相情報生成手段およびレベル情報生成手段としてログアンプ４を用いたが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、受信信号に基づいて位相情報とレベル情報を生成できる手段であれば、ログアンプ以外の手段を用いてもよい。たとえば、位相情報生成手段としてコンパレータを用いて、受信信号から矩形波のデジタル信号を生成し、また、レベル情報生成手段としてアンプを用いて、受信信号から信号レベルを生成するような構成にしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、相関処理における処理時間を短縮してシステムを簡略化できるとともに、誤検出のない信頼性の高い装置を実現することができる。また、相関出力信号の正規化が容易となることから、信号検出のダイナミックレンジを広く取ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示したブロック図である。
【図２】加算処理部における具体的構成を示した図である。
【図３】図１の各部の信号波形を示した図である。
【図４】図１の各部の信号波形を示した図である。
【図５】拡大波形を示した図である。
【図６】本発明における相関処理の原理を示した図である。
【図７】本発明における相関処理の原理を示した図である。
【図８】相関出力信号を示した図である。
【図９】相関処理部における演算回路の具体的構成を示した図である。
【図１０】相関処理部における演算回路の具体的構成を示した図である。
【図１１】実施形態の動作を表したフローチャートである。
【図１２】受信信号とエンベロープ信号との間の時間差を説明する図である。
【図１３】本発明に係る距離測定装置のブロック図である。
【図１４】従来例を示すブロック図である。
【図１５】他の従来例を示すブロック図である。
【図１６】従来例における相関処理の原理を示した図である。
【図１７】従来例における相関処理の原理を示した図である。
【図１８】超音波を利用した距離測定の原理を説明する図である。
【符号の説明】
１ 送受波器
４ ログアンプ
６ 波形整形部
８ 相関処理部
９ ローパスフィルタ
１０ 信号検出部
１１ 加算処理部

Claims (4)

1. 水中へ発射された超音波に応答して得られるアナログ受信信号を処理する受信信号処理装置において、
   前記受信信号に基づいて、当該信号の位相情報を表す矩形波のデジタル信号を生成する位相情報生成手段と、
   前記受信信号に基づいて、当該信号のレベル情報を表すレベル信号を生成するレベル情報生成手段と、
   前記位相情報生成手段で生成された矩形波のデジタル信号に対して、矩形波の基準信号との比較による相関処理を行う相関処理部と、
   前記レベル情報生成手段で生成されたレベル信号の移動平均を算出し、この結果得られた移動平均信号と前記相関処理部から出力される相関出力信号とを加算する加算手段とを備え、
   前記加算手段の出力に基づいて正規の受信信号を検出することを特徴とする受信信号処理装置。
2. 請求項１に記載の受信信号処理装置において、
   位相情報生成手段およびレベル情報生成手段は１つのログアンプから構成され、
   前記デジタル信号は、ログアンプで受信信号を飽和させて得られるリミット信号であり、前記レベル信号は、ログアンプで受信信号のエンベロープを検出して得られるエンベロープ信号であることを特徴とする受信信号処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の受信信号処理装置において、
   相関出力信号を正規化して前記移動平均信号と加算するとともに、加算された信号のエンベロープを抽出し、当該エンベロープ信号が所定の基準レベルを超える場合に受信信号を正規の受信信号と判定することを特徴とする受信信号処理装置。
4. 水中へ超音波を発射する送受波器と、この送受波器に送信信号を与えるとともに、前記送受波器で受信された受信信号を信号処理する送受信部と、この送受信部で受信された受信信号に基づいて距離の演算を行う演算処理部とを備えた距離測定装置において、
   前記送受信部は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の受信信号処理装置を備え、
   前記演算処理部は、受信信号処理装置で相関出力信号に基づき正規の受信信号が検出されたことに応答して、距離の演算を行うことを特徴とする距離測定装置。

Images